研究人員已經發現了一種不導熱但導電的金屬，這是一種非常有用的特性，有悖於我們目前對導體工作原理的理解。2017年發現的這種金屬，與維德曼-弗朗茨定律相矛盾。維德曼-弗朗茨定律認為，電的良導體也是熱的良導體，這就是為什麼電器使用久了會發熱。
但是，美國的一個研究小組表明，金屬二氧化釩的情況並非如此。眾所周知，這種材料具有在67攝氏度下從絕緣體轉變為導電金屬的奇特能力。伯克利實驗室材料科學部門的首席研究員吳俊橋表示：「這是一個完全出乎意料的發現，顯示了一個教科書式定律的徹底崩潰，這個定律對於傳統導體來說是很有效的。這一發現對於理解新型導體的基本電子行為至關重要。」
這種意想不到的特性不僅改變了我們對導體的認識，而且還可能非常有用。有朝一日，這種金屬可以用來將發動機和電器產生的廢熱轉化為電能，甚至可以製造出更好的窗戶覆蓋物，從而保持建築物的涼爽。研究人員也知道一些其它材料的導電性能比熱好，但是它們只能在零下幾百度的溫度下顯示這些特性，這使得這些材料在現實中的應用非常不切實際。另一方面，二氧化釩作導體的溫度只是稍高於室溫，這意味著它有更多的實用性。
為了揭示這種奇異的特性，研究小組觀察了電子在二氧化釩晶格中的運動方式，以及產生了多少熱量。令人驚訝的是，他們發現，材料中電子的熱導率比維德曼-弗朗茨定律所預測的要小10倍，原因似乎是電子通過這種材料時的同步運動。
吳俊橋表示：「這些電子在二氧化釩的運動是一致的，就像流體一樣，而不像普通金屬那樣是單個的粒子。對電子來說，產熱是因為隨機運動。正常的金屬能有效地傳輸熱量，因為有許多不同的微觀結構，使得單個電子可以在其間跳躍。相比之下，二氧化釩中電子協調的、行進帶狀的運動不利於熱傳導，因為電子可以隨機躍遷的機會很少。」
有趣的是，當研究人員將二氧化釩與其它材料混合時，他們可以「調整」二氧化釩所能導電和導熱的總量，這對於未來的應用將是非常有用的。例如，當研究人員在二氧化釩中加入金屬鎢時，他們降低了材料變成導體的溫度，同時也使其成為更好的導熱體。這意味著二氧化釩只有在達到一定溫度時才會導熱，從而有助於驅散系統中的熱量。
二氧化釩還具有獨特的能力，可以在30攝氏度左右透明，但是可以反射60攝氏度以上的紅外光，同時對可見光保持透明。因此，這意味著它甚至可以用作窗戶塗層來降低室內溫度。研究人員樊洋表示：「這種材料可以用來幫助穩定溫度。通過調節熱導率，這種材料在炎熱的夏天能夠自動有效地散熱，因為它的熱導率很高。但在寒冷的冬天，由於溫度較低，它的熱導率很低，因此能夠防止熱量損失。」
在這種令人費解的材料進一步商業化之前，還需要做更多的研究。但是我們現在知道這些奇異的特性存在於室溫下的材料中，是非常令人興奮的。
本文譯自 sciencealert，由譯者 Lough 基於創作共用協議(BY-NC)發布。